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MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE LABORATOIR

MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE LABORATOIRE ENERGIE SOLAIRE & ECONOMIE D’ENERGIE(LESEE) INSTITUT INTERNATIONAL D’INGENIERIE DE l’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT (2iE) Présenté et soutenu publiquement le … Juin 2009 par : YAMEGUEU NGUEWO Daniel Travaux dirigés par : Pr. Yezouma COULIBALY Dr. Yao AZOUMAH Enseignants-chercheurs, UTER GEI, Laboratoire LESEE JURY D’EVALUATION DU MEMOIRE : Président : Membres :- - - Promotion 2008-2009 CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : COUPLAGE ET OPTIMISATION DES TECHNOLOGIES EXISTANTES CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : MODELISATION ET OPTIMISATION DU COUPLAGE DES TECHNOLOGIES EXISTANTES MEMOIRE DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE, 2IE, JUIN 2009 YAMEGUEU NGUEWO Daniel ii CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : MODELISATION ET OPTIMISATION DU COUPLAGE DES TECHNOLOGIES EXISTANTES MEMOIRE DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE, 2IE, JUIN 2009 YAMEGUEU NGUEWO Daniel iii REMERCIEMENTS Je ne peux malheureusement pas citer ici tous ceux qui directement ou indirectement, Je ne peux malheureusement pas citer ici tous ceux qui directement ou indirectement, Je ne peux malheureusement pas citer ici tous ceux qui directement ou indirectement, Je ne peux malheureusement pas citer ici tous ceux qui directement ou indirectement, ont co ont co ont co ont contribué à la réalisation de ce mémoire. J’exprime à tous et à chacun ma profonde ntribué à la réalisation de ce mémoire. J’exprime à tous et à chacun ma profonde ntribué à la réalisation de ce mémoire. J’exprime à tous et à chacun ma profonde ntribué à la réalisation de ce mémoire. J’exprime à tous et à chacun ma profonde gratitude gratitude gratitude gratitude. . . . Cependant, je veux nommer : En premier lieu le Seigneur Dieu tout puissant pour ses grâces abondantes à mon égard , Mon cousin M.Tiagueu Daniel qui m’a soutenu et encouragé dans l’accomplissement de mon rêve ,celui de suivre une formation ingénieur, Mon Oncle M.Djigueu Gabriel pour ses précieux conseils , Ma Cousine Mme Tiague Odette pour son assistance dans mes moments difficiles, Tous mes amis et particulièrement Ariane, Herbert et Tatiana pour leur soutien constant, Tous mes enseignants de l’Université de Yaoundé I et de l’Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement (2iE) dont je suis le fruit de l’effort de chacun, Tous mes camarades de promotion pour leurs divers apports au cours de notre formation, De façon particulière, je remercie mes encadreurs, qui se sont montrés très disponibles et toujours à mon écoute malgré les autres charges liés à leurs fonctions d’enseignants-chercheurs : Pr. Yezouma COULIBALY Yezouma COULIBALY Yezouma COULIBALY Yezouma COULIBALY et Dr. Yao AZOUMAH. . Yao AZOUMAH. . Yao AZOUMAH. . Yao AZOUMAH. Merci à tous et que le Seigneur vous Merci à tous et que le Seigneur vous Merci à tous et que le Seigneur vous Merci à tous et que le Seigneur vous bénisse bénisse bénisse bénisse !! !! !! !! CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : MODELISATION ET OPTIMISATION DU COUPLAGE DES TECHNOLOGIES EXISTANTES MEMOIRE DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE, 2IE, JUIN 2009 YAMEGUEU NGUEWO Daniel iv DEDICACES A mes parents bien aimés A mes parents bien aimés A mes parents bien aimés A mes parents bien aimés, M.Ngandeu Nguewo Jean Marie , M.Ngandeu Nguewo Jean Marie , M.Ngandeu Nguewo Jean Marie , M.Ngandeu Nguewo Jean Marie et Mme Ngandeu née Dahé Bibiane, et Mme Ngandeu née Dahé Bibiane, et Mme Ngandeu née Dahé Bibiane, et Mme Ngandeu née Dahé Bibiane, A mes frères Roger,Fernand,Thierry,William,Gabriel,Achille A mes frères Roger,Fernand,Thierry,William,Gabriel,Achille A mes frères Roger,Fernand,Thierry,William,Gabriel,Achille A mes frères Roger,Fernand,Thierry,William,Gabriel,Achille Et en particulier à mon frère M.Nguemayu Lambert Carlos, Et en particulier à mon frère M.Nguemayu Lambert Carlos, Et en particulier à mon frère M.Nguemayu Lambert Carlos, Et en particulier à mon frère M.Nguemayu Lambert Carlos, A mes grands parents qui ne sont A mes grands parents qui ne sont A mes grands parents qui ne sont A mes grands parents qui ne sont plus de ce monde plus de ce monde plus de ce monde plus de ce monde, , , , A toute ma grande famille, A toute ma grande famille, A toute ma grande famille, A toute ma grande famille, Je dédie ce travail. Je dédie ce travail. Je dédie ce travail. Je dédie ce travail. CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : MODELISATION ET OPTIMISATION DU COUPLAGE DES TECHNOLOGIES EXISTANTES MEMOIRE DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE, 2IE, JUIN 2009 YAMEGUEU NGUEWO Daniel v LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX LISTE DES FIGURES Figure 1.1 : évolution de la consommation énergétique mondiale en Mtep ................................................ 3 Figure 1.2 : carte de l’irradiation solaire moyenne du monde ................................................................... 4 Figure 1.3 : Equipe de recherche actuel du LESEE ..................................................................................... 5 Figure 1.4 : méthodologie de travail ............................................................................................................ 6 Figure 2 : Principales technologies de concentration solaire .................................................................... 7 Figure 3.1 : schéma du transfert de puissance de l’absorbeur CCP au fluide .......................................... 20 Figure 3.2 : schéma du transfert de puissance au niveau du récepteur CT ............................................... 20 Figure 3.3 : schéma de couplage des technologies CCP et CT .................................................................. 21 Figure 3.4 : échange de puissance au niveau du surchauffeur. ................................................................. 22 Figure 3.5 : Diagramme de Grassmann du modèle couplé ........................................................................ 26 Figure 3.6 : profil de la température du récepteur CT ............................................................................... 30 Figure 3.7 : profil de la température de l’absorbeur CP ........................................................................... 30 Figure 3.8 : Efficacités énergétique et exergétique du modèle couplé CP-CT .......................................... 31 Figure 3.9 : Efficacités énergétique et exergétique de la conversion thermique-électrique du couplage CCP-CT ...................................................................................................................................................... 31 Figure 3.10 : Efficacités énergétique et exergétique global du couplage CCP-CT ................................... 32 Figure 3.11 : étude comparative des efficacités énergétiques des récepteurs CP, CT et CP-CT. ............. 34 Figure 3.12:Surface des héliostats dans les technologies CT et couplage CCP-CT……..……………..35 Figure 3.13 :Comparaison efficacité exergétiques des différents récepteurs ............................................ 35 Figure 3.14 :Comparaison des efficacités énergétiques de la conversion thermique-électrique ............... 35 Figure 3.15 :Comparaison des efficacités exergtiques de la conversion thermique-électrique ................. 36 Figure 3.16 :Comparaison des rendements globaux des technologies CP,CT et couplé CP-CT.. ............. 36 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Caractéristiques des quatre systèmes parabole-Stirling……………………………………..……………10 Tableau 2 : Différents types de stockage…………………………………………………………………………………………....12 CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : MODELISATION ET OPTIMISATION DU COUPLAGE DES TECHNOLOGIES EXISTANTES MEMOIRE DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE, 2IE, JUIN 2009 YAMEGUEU NGUEWO Daniel vi LISTE DES ABBREVIATIONS 2iE : Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement AIE : Agence Internationale de l’Energie CFLR: Compact Linear Fresnel Reflector CPC: Compound Parabolic Concentrator CCP: Centrale Cylindro-Parabolique CT: Centrale à Tour DISS : Direct Solar System DLR : Centre Allemand de Recherche Aérospatial DS: Dish Stirling ECOSTAR: European Concentrated Solar Thermal Roadmap ESTIA : European Solar Thermal Industrie GEI : Génie Energétique et Industriel GMI : Global Marketing Initiative HSGT : Système Hybride Solaire Turbine à Gaz ISCC : Système à Cycle Combine Solaire Intégré LEC : Coût de production électrique LESEE : Laboratoire Energie Solaire &Economie d’Energie MCP : Matériaux à Changement de Phase NREL: National Renewable Energy Laboratory PSA: Plata forma Solar de Almeria RTILs: Room temperature Ionic Liquid SEGS: Solar Electric Generating System SRC: Steam Rankine Cycle TAG: Turbine à Gaz UE: Union Européenne CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES CENTRALES SOLAIRES THERMODYNAMIQUES DE TROISIEME GENERATION : MODELISATION ET OPTIMISATION DU COUPLAGE DES TECHNOLOGIES EXISTANTES MEMOIRE DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU MASTER D’INGENIERIE EN GENIE ENERGETIQUE, 2IE, JUIN 2009 YAMEGUEU NGUEWO Daniel vii GLOSSAIRE Capteur cylindro-parabolique : assemblage élémentaire constituant le capteur solaire de la plupart des centrales à concentration linéaire, constitué de miroirs de forme cylindro- parabolique, d’un tube absorbeur sous vide placé au foyer des miroirs, d’une structure de support, d’un mécanisme d’orientation sur un axe, et de fondations. Fluide de travail : fluide qui permet d’actionner la turbine et de produire de l’électricité. Fluide caloporteur : fluide circulant à travers le récepteur solaire, transférant la puissance thermique solaire vers le cycle thermodynamique. S’il est différent du fluide de travail un échangeur de chaleur est nécessaire. Héliostats : assemblage élémentaire d’un concentrateur de centrale à tour constitué de miroirs, d’une structure de support, d’un mécanisme d’orientation sur deux axes, et de fondations, qui suit le soleil pour en réfléchir en permanence les rayons sur un récepteur fixe. Puissance thermique solaire : puissance thermique gagnée par le fluide caloporteur à son passage dans le récepteur solaire de la centrale. Système solaire mixte : installation génératrice d’électricité solaire thermodynamique dans laquelle l’énergie solaire est captée par deux ou plusieurs types de systèmes optiques. Il désigne généralement une centrale contenant des capteurs cylindro-paraboliques et un concentrateur héliostats-tour. Tour réfléchissante : concept de concentrateur héliostats-tour dans lequel un réflecteur est placé en haut d’une tour pour renvoyer le flux concentré vers un récepteur placé en pied de uploads/Science et Technologie/ memoire-final-yamegueu.pdf